DE2543645A1

DE2543645A1 - Position deviation measuring device - is used with semiconductor chip which can move from specified position in given plane

Info

Publication number: DE2543645A1
Application number: DE19752543645
Authority: DE
Inventors: Gunter Dipl Ing Hartmann; Dietrich Dipl Ing Hoeh; Guenter Winterhalter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-09-30
Filing date: 1975-09-30
Publication date: 1977-03-31

Abstract

The device has an imaging optics optical system for the chip or box part of the chip. A real image of the chip is projected onto an image plane which is conjugates with the plane of the object. The device is filled with at least two rows of photodiodes in the image plane not parallel to each other. An evaluation logic unit is connected to the rows of photodiodes. A signal is produced when any movement of the object takes place.

Description

Vorrichtung zur Messung von Lageabweichungen Device for measuring positional deviations

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung von Lageabweichungen eines in einer Ebene angeordneten Gegenstandes, insbesondere eines Halbleiterplättchens in Bezug auf eine in der -Gegenstandsebene vorgegebene Sollposition. The invention relates to a device for measuring positional deviations an object arranged in one plane, in particular a semiconductor wafer in relation to a target position specified in the object plane.

In der Ralbleitertechnik werden die Verbindungen zwischen den Elektroden eines Halbleiterplättchens und äußeren Zuleitungen häufig durch dünne Zwischendrähte hergestellt. Hierzu werden die Halbleiterplättchen auf eine geeignete Unterlage, beispielsweise ein Systemträgerband aufgebracht und die dünnen Zwischen#rähte auf den Elektroden und entsprechenden Stellen der Unterlage befestigt. Bei der Kontaktierung der Zwischendrähte, die meist durch Thermokompression oder Ultraschallschweißen vorgenommen wird, müssen das Halbleiterplättchen und das Kontaktiergerät sehr genau zueinander ausgerichtet werden. Dieses Ausrichten bereitet auf Grund der geforderten engen Toleranzen erhebliche Schwierigkeiten. In the conductor technology, the connections between the electrodes a semiconductor die and external leads, often through thin intermediate wires manufactured. For this purpose, the semiconductor wafers are placed on a suitable surface, For example, a system carrier tape was applied and the thin intermediate stitched up attached to the electrodes and corresponding points on the pad. When making contact the intermediate wires, mostly by thermocompression or ultrasonic welding is made, the semiconductor wafer and the contacting device must be very precise be aligned to each other. This alignment prepares on the basis of the required tight tolerances cause considerable difficulties.

Es ist bekannt, das Halbleiterplättchen und das Y#ontaktiergerät mit Hilfe eines sog. Mikromanipulators zueinander auszurichten (DT-OS 2 108 692). Dieses manuelle Ausrichten erfordert jedoch einen verhältnismäßig hohen Zeitaufwand und stellt außerdem eine potentielle Fehlerquelle dar. It is known the semiconductor die and the Y # contactor align with one another with the help of a so-called micromanipulator (DT-OS 2 108 692). However, this manual alignment requires a relatively high expenditure of time and is also a potential source of error.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zu schaffen, welche mit hoher Genauigkeit Tageab weichungen eines Gegell.stalldes in Bezug auf eine vorgegebene Sollposition rasch und selbsttätig mißt, so daß auf Grund der Meßergebnisse die Ausrichtung selbsttätig vorgenommen werden kann. The object of the present invention is therefore to provide a device to create which, with high accuracy, daily deviations of a Gegell.stalldes in relation to a given Set position quickly and automatically measures, so that the alignment is carried out automatically on the basis of the measurement results can be.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, welche gekennzeichnet ist durch eine Abbildungsoptik zur reellen Abbildung des Gegenstandes oder eines Teiles des Gegenstandes in mindestens eine zur Gegenstandsebene konjugierte Bildebene, mindestens zwei Photodiodenzeilen, die in der Bildebene oder den Bildebenen derart angeordnet sind, daß sie in Bezug auf die Bildebene bzw.-die zur Deckung gebrachten Bildebenen nicht parallel ausgerichtet sind und durch eine an die Photodiodenzeilen angeschlossene Auswertelogik.To solve this problem, a device of the type mentioned at the outset is used Art proposed, which is characterized by an imaging optics for real Mapping of the object or a part of the object in at least one Image plane conjugate to the object plane, at least two rows of photodiodes, which are arranged in the image plane or planes in such a way that they are with respect to the image plane or the image planes brought into congruence are not aligned in parallel and by an evaluation logic connected to the photodiode rows.

Die gemäß der Erfindung ausgebildete Vorrichtung ist über dem Gegenstand, dessen Lageabweichungen gemessen werden sollen, angeordnet, so daß der Gegenstand zumindest bereichsweise in mindestens eine Bildebene abgebildet wird. Die Anzahl der aktivierten Photodioden, der in der Bildebene oder den Bildebenen angeordneten Photodiodenzeilen, zeigt die Lage der Abbildung und damit auch die Lage des Gegenstandes an.-Die Lage wird also berührungslos gemessen, so daß durch den Meßvorgang keine Lageveränderungen oder Beschädigungen hervorgerufen werden können. Da die Photodiodenzeilen kein Einechwingverhalten aufweisen, kann bei entsprechender Auswertelogik die Messung innerhalb von wenigen Millisekunden durchgeftilirt werden. Damit eine eindeutige Zuordnung möglich ist, muß ein kontrastreicher in seiner Lage genau festliegender Parb-oder Helligkeitsübergang auf der Oberfläche des Gegenstandes für die Messung herangezogen werden. Auf der Oberfläche eines Halbleiterplättchens bieten sich hierfür beispielsweise die vorhandenen Kanten zwischen den Aluminiumbereichen und den Silizium- bzw. Siliziumoxidbereichen an. Bei anderen Gegenständen können auch scharfe Außenkanten oder zuvor auf die Oberfläche aufgebrachte Markierungen für die Messung benutzt werden. Die Genauigkeit der Messung ist hierbei lediglich von der Güte der Kontrastkanten und dem Rastermaß der in einer Photodiodenzeile angeordneten einzelnen Photodioden abgängig. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß die Vorrichtung mit einem verhältnismäßig großen Abstand über dem Gegenstand angeordnet werden kann. Der hierdurch geschaffene freie Raum ermöglicht die Durchführung eines Bearbeitungsvorganges am Ort der Messung. Zusätzliche Toleranzen durch Weiterbeförderung werden somit vermieden.The device formed according to the invention is above the object whose positional deviations are to be measured, arranged so that the object is mapped at least regionally in at least one image plane. The number of the activated photodiodes, those arranged in the image plane or the image planes Lines of photodiodes, shows the position of the image and thus also the position of the object an.-The position is measured without contact, so that no Changes in position or damage can be caused. As the photodiode rows do not exhibit oscillation behavior, the measurement can with the appropriate evaluation logic be filtered through within a few milliseconds. So a clear one Assignment is possible, a contrasting one must be precisely fixed in its position Parb or lightness transition on the surface of the object for measurement can be used. This can be done on the surface of a semiconductor wafer for example the existing edges between the aluminum areas and the Silicon- or silicon oxide areas. Other objects can also have sharp outer edges or markings previously applied to the surface are used for the measurement will. The accuracy of the measurement depends only on the quality of the contrasting edges and the pitch of the individual photodiodes arranged in a photodiode line missing. Another advantage results from the fact that the device with a relatively large distance can be arranged above the object. The one through this The free space created enables a machining process to be carried out on Place of measurement. Additional tolerances due to further transport are thus avoided.

Vorzugsweise sind zwei Photodiodenzeilen senkrecht zueinander ausgerichtet, so daß die gemessenen Lageabweichungen unmittelbar in kartesischen Koordinaten angegeben werden können. Die Ausrichtung durch achsparalleles Verschieben eines Koordinatentisches oder eines Werkzeuges wird hierdurch wesentlich erleichtert. Sind drei Photodiodenzeilen vorgesehen und zwei dieser Photodiodenzeilen parallel zueinander ausgerichtet, so können mit geringem zusätzlichen Aufwand auch Winkeldrehungen eines Gegenstandes gemessen werden.Two rows of photodiodes are preferably aligned perpendicular to one another, so that the measured positional deviations are given directly in Cartesian coordinates can be. Alignment by moving a coordinate table parallel to the axis or a tool is hereby made much easier. Are three rows of photodiodes provided and two of these lines of photodiodes aligned parallel to each other, so can also rotate an object at an angle with little additional effort be measured.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind zwei Bildebenen vorgesehen, wobei in jeder Bildebene mindestens eine Photodiodenzeile angeordnet ist.In a preferred embodiment of the device according to the invention two image planes are provided, with at least one line of photodiodes in each image plane is arranged.

Für die Anordnung und Ausrichtung der Photqdiodenzeilen werden hierdurch zusätzliche Preiheitsgrade erschlossen, was insbesondere bei der Messung sehr kleiner Gegenstände von Vorteil ist. So können die Photodiodenzeilen beispielsweise derart angeordnet werden, daß sie sich in Bezug auf den abge bildeten Gegenstand jiberkreuzen. Diese Vorteile ergeben sich auch bei einer weiteren alternativen Ausführrn#sform, bei welcher drei Bildebenen vorgesehen sind und bei welcher in jeder Bildebene eine Photodiodenzeile angeordnet ist.This is used for the arrangement and alignment of the photodiode lines additional price grades opened up, which is very small, especially when measuring Objects is beneficial. For example, the lines of photodiodes can be in this way be arranged that they jiber cross with respect to the object formed abge. These advantages also result from a further alternative embodiment, at which three image planes are provided and at which in everyone Image plane a line of photodiodes is arranged.

Besitzt die Abbildungsoptik ein vergrößerndes Objektiv, so kann die Genauigkeit der Messungen erheblich gesteigert werden. So können beispielsweise bei 100-facher Vergrößerung der Abbildung bzw. Abbildungen und handelsüblichen Photodiodenzeilen mit einem Rasterabstand von 0,1 mm Bageabweichungen im/um-Bereich ohne Schwierigkeiten gemessen werden.If the imaging optics have a magnifying lens, the The accuracy of the measurements can be increased considerably. For example with 100-fold enlargement of the picture or pictures and commercial photodiode lines With a grid spacing of 0.1 mm Bag deviations in the / µm range without difficulty be measured.

Vorzugsweise besitzt die Abbildungsoptik einen Vertikalilluminator zur Auflichtbeleuchtung des Gegenstandes. Mit Hilfe des Vertikalilluminators kann der Gegenstand senkrecht von oben her durch das Objektiv hindurch beleuchtet werden. Diese Beleuchtung in Richtung der optischen Achse gewahrleistet eine schattenfreie Ausleuchtung des Gegenstandes, so daß Behlmessungen, die z.B. durch "Schlagschatten" entstehen können, vermieden werden.The imaging optics preferably have a vertical illuminator for incident light illumination of the object. With the help of the vertical illuminator the object can be illuminated vertically from above through the lens. This illumination in the direction of the optical axis ensures that it is shadow-free Illumination of the object so that measurements, e.g. can be avoided.

Nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung sind die Photodiodenzeilen verschiebbar angeordnet. Die Abbildung des Gegenstandes und-die Photodiodenzeilen sind somit relativ zueinander Justierbar, wodurch eine Einstellung der Vorrichtung auf verschieden große oder verschieden geformte Gegenstände ermöglicht wird.According to an additional feature of the invention are the photodiode lines arranged displaceably. The picture of the object and the photodiode lines are thus adjustable relative to each other, whereby an adjustment of the device is made possible on objects of different sizes or shapes.

Vorzugsweise sind in der Auswertelogik den Photodiodenzeilen Schwellwertschalter mit einstellbarem Spannungspegel zugeordnet. Die von den einzelnen Photodioden einer Photodiodenzeile- abgegebenen der Beleuchtungsstärke analogen Spannungen können mit Hilfe dieser Schwellwertschalter eindeutig dem eingestellten Spannungspegel zugeordnet werden. Der Spannungspegel wird hierzu so eingestellt, daß er ungefähr in der Mitte des an der gewählten Kontrastkante auftretenden Spannungsanstieges liegt. Durch Reflexionsschwankungen oder Helligkeitsschwankungen verursachte Spannungsschwankungen können die Meßergebnisse nicht oder nur geringfügig verfa#lschen, sofern der eingestellte Spannungspegel erreicht oder tberschritten wird.The photodiode rows are preferably threshold switches in the evaluation logic assigned with adjustable voltage level. The one from the individual photodiodes Photodiode line- output of the illuminance analog voltages can with the help of this threshold switch clearly the set voltage level be assigned. For this purpose, the voltage level is set so that it is approximately in the middle of the voltage rise occurring at the selected contrasting edge lies. Voltage fluctuations caused by fluctuations in reflection or brightness fluctuations can they Do not or only slightly falsify measurement results, provided that the set voltage level is reached or exceeded.

Der Auswertelogik können Digital-Analog-Wandler nachgeschaltet sein, welche die gemessenen Lageabweichungen als analoge Spannung ausgeben. In-Verbindung mit einem Koordinatentisch mit Wegaufnehmer kann dann durch Soll-Istwert-Vergleich der Koordinatentisch in die gemessene Sollposition gesteuert werden. The evaluation logic can be followed by digital-to-analog converters, which output the measured positional deviations as an analog voltage. In connection with a coordinate table with a displacement transducer can then be made by comparing the setpoint and actual values the coordinate table can be steered into the measured target position.

Im folgenden werden an Hand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 eine Vorrichtung zur Messung von Lageabweichungen mit einer Bildebene, Figur 2 eine Vorrichtung mit zwei Bildebenen, Figur 3 eine Vorrichtung mit drei Bildebenen, Figur 4 den Datenfluß innerhalb der Vorrichtung in Form eines Blockschaltbildes, Figur 5 und 6 Spannungsdiagramme der von den in Figur 4 dargestellten Photodiodenzeilen. In the following, exemplary embodiments of the Invention explained in more detail. FIG. 1 shows a device for measuring positional deviations with one image plane, FIG. 2 a device with two image planes, FIG. 3 one Device with three image planes, FIG. 4 the data flow within the device in the form of a block diagram, Figure 5 and 6 voltage diagrams of the in Figure 4 illustrated photodiode lines.

Einander entsprechende Bauteile sind in den einzelnen Figuren durch#die gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Corresponding components are indicated in the individual figures by # the the same reference numerals.

In Figur 1 ist eine Vorrichtung dargestellt, welche die Lageabweichungen eines in einer Gegenstandsebene 1 angeordneten Gegenstandes, z.B. eines Halbleiterplättchens 2 mißt. Die schematisch dargestellte Vorrichtung besteht aus einem Tubus 3, dessen unterem Ende ein ObJektiv 4 und an dessen oberem Ende eine zur Gegenstands ebene 1 konjugierte Bildebene 5 angeordnet sind. In einem vom Tubus 3 abzweigenden Seitentubus 6 ist eine Lichtquelle 7 angeordnet, deren Licht zeitlich in den Tubus 3 eingeführt und über einen halbdurchlässigen Spiegel 8 durch das ObjeRtis 4 geworfen wird. Die Lichtquelle 7 und der halbdurchlässige Spiegel 8 bilden somit einen Vertikalilluminator zur Auflichtbeleuchtung des Halbleiterplättchens 2, wobei der Strahlengang durch Pfeile 9 dargestellt ist. Das vom Halbleiterplättchen 2 reflektierte Licht 10 erzeugt über das Objektiv 4 in der Bildebene 5 ein vergrößertes reelles Bild des Halbleiterplättchens 2. In der Bildebene 5 sind im Bildbereich zwei senkrecht zueinander ausgerichtete Photodiodenzeilen 11 und 12 so angeordnet, daß sie Kontrastlinien bzw. Kontrastkanten des Halbleiterplättchens 2 erfassen. Werden die Spannungspegel der einzelnen Photodioden der Photodiodenzeilen 11 und 12 in Richtung auf das Zentrum des Halbleiterplättchens 2 nacheinander mit einem zuvor eingestellten Schwellwert verglichen, so zeigen jeweils die ersten Photodioden, die einen höheren Spannungspegel aufweisen, die Lage der entsprechenden Kontrastlinie bzw. Kontrastkante an. Die Abweichungen der Kontrastlinien bzw Kontrastkanten von einer vorgegebenen Sollposition entsprechen den Lageabweichungen des Halbleiterplättchens 2. Zur Ermittlung dieser Lageabweichungen dient eine Auswertelogik 13s der von den Photodiodenzeilen 11 und 12 ausgehende Videosignale zugeführt werden, wie es durch die Pfeile 14 und 15 angedeutet ist. Die Ausgabe der in zwei zueinander senkrechten Richtungen gemessenen Lageabweichungen des Halbleiterplättchens 2 erfolgt durch digitale Signale 16 und 17. In Figure 1, a device is shown, which the positional deviations an object arranged in an object plane 1, for example a semiconductor wafer 2 measures. The device shown schematically consists of a tube 3, the lower end of an objective 4 and at its upper end a plane to the object 1 conjugate image plane 5 are arranged. In a side tube branching off from tube 3 6 a light source 7 is arranged, the light of which is introduced into the tube 3 over time and thrown through the object 4 via a semitransparent mirror 8 will. The light source 7 and the semitransparent mirror 8 thus form a vertical illuminator for incident light illumination of the semiconductor wafer 2, the beam path through Arrows 9 is shown. The light 10 reflected from the semiconductor wafer 2 is generated An enlarged real image of the semiconductor wafer via the objective 4 in the image plane 5 2. In the image plane 5, there are two mutually perpendicular in the image area Photodiode lines 11 and 12 arranged so that they contrast lines and contrasting edges of the semiconductor wafer 2 detect. Are the voltage levels of the individual photodiodes of the photodiode rows 11 and 12 in the direction of the center of the semiconductor die 2 are compared in succession with a previously set threshold value, so each show the first photodiodes, which have a higher voltage level, the location of the corresponding contrast line or contrast edge. The deviations of the contrast lines or contrasting edges from a predetermined target position correspond to the positional deviations of the semiconductor wafer 2. An evaluation logic is used to determine these positional deviations 13s of the video signals emanating from the photodiode lines 11 and 12 are supplied, as indicated by arrows 14 and 15. The output of the in two to each other Positional deviations of the semiconductor wafer 2 measured in the vertical directions takes place through digital signals 16 and 17.

Über eine in der Bildebene 5 parallel zur Photodiodenzeile 11 angeordnete dritte Photodiodenzeile, die in der Zeichnung durch die Photodiodenzeile 11 verdeckt ist, können auch Winkeldrehungen des Halb#eiterplättchens 2 erfaßt werden. In diesem Fall erhält die Auswertelogik 13 ein weiteres Videosignal, wie es durch die strichpunktierte Linie 18 angedeutet ist. Die Ausgabe der genannten Winkeldrehung als digitales Signal ist durch die strichpunlftierte Linie 19 dargestellt.Via a line 11 arranged in the image plane 5 parallel to the photodiode line 11 third line of photodiodes hidden by the line of photodiodes 11 in the drawing is, angular rotations of the semiconductor plate 2 can also be detected. In this In the event that the evaluation logic 13 receives another video signal, as indicated by the dash-dotted line Line 18 is indicated. The output of the mentioned angular rotation as a digital signal is shown by the dashed line 19.

Figur 2 zeigt eine Variante der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung. Bei dieser Variante zweigt vom Tubus 3 ein Seitentubus 20 ab, an dessen Ende eine zweite zur Gegenstandsebene 1 konjugierte Bildebene 21 angeordnet ist. Für die Strahlteilung des vom Halbleiterplättchens 2 reflektierten Lichtes 10 ist im Schnittpunkt der Achsen des Tubus 3 und des Seitentubus 20 ein halbdurchlässiger Spiegel 23 angeordnet. Während die Photodiodenzeile 12 in der Bildebene 5 verbleibt, ist die Photodiodenzeile 11 bei dieser Variante In der Bildebene 21 angeordnet. Die senkrechte Ausrichtung der beiden Photodiodenzeilen 11 und 12 zueinander ist in diesem Fall in Bezug auf die zur Deckung gebrachten Bildebenen 5 und 21 zu sehen. Zur Messung von Winkeldrehungen des Halbleiterplättchens 2 kann in der Bildebene 21 eine parallel zur Photodiodenzeile 11 ausgerichtete dritte PhotodidEnzeile angeordnet sein. Die Ermittlung der Lageabweichungen über Videosignale 14, 15 und ggf. 18 erfolgt wie bei der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung.FIG. 2 shows a variant of the device shown in FIG. In this variant, a side tube 20 branches off from the tube 3, at the end of which a second image plane 21 conjugated to object plane 1 is arranged. For beam splitting of the light 10 reflected from the semiconductor wafer 2 is at the intersection of the A semi-transparent mirror 23 is arranged on the axes of the tube 3 and the side tube 20. While the line of photodiodes 12 remains in the image plane 5, the line of photodiodes is 11 arranged in the image plane 21 in this variant. The vertical orientation of the two rows of photodiodes 11 and 12 to each other is in this case in relation to the congruent image planes 5 and 21 can be seen. For measuring angular rotations of the semiconductor wafer 2 can have a line parallel to the photodiode line in the image plane 21 11 aligned third PhotodidEnlinie be arranged. The determination of the positional deviations takes place via video signals 14, 15 and possibly 18 as in the case of the one shown in FIG Contraption.

Figur 3 zeigt eine weitere Variante der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung. Bei dieser Variante sind die Photodiodenzeilen 11 und 12 wie bei der in Figur 2 dargestellten Vorrichtung in Bildebenen 21 bzw. 5 angeordnet. Zusätzlich zweigt jedoch vom Tubus 3 ein weiterer Seitentubus 25 ab, an dessen Ende eine dritte zur Gegenstaiidsebene 1 konjugierte Bildebene 24 angeordnet ist. In dieser Bildebene 24 ist eine dritte Photodiodenzeile 25 angeordnet, die in Bezug auf die zur Deckung gebrachten Bildebanen 21 und 24 parallel zur Photodiodenzeile 11 ausgerichtet ist. Für die weitere Strahlteilung des vom Halbleiterplättchens 2 reflektierten Lichtes-10 ist im Schnittpulikt der Achsen des Tubus 3 und des SeitenS tubus 23 ein weiterer halbdurchlässiger Spiegel 26 angeordnet. Damit das Halbleiterplättchen 2 mit gleicher Beleuchtungsintensitat in die Bildebenen 5 21 und 24 abgebildet wird, ist im Seitentubus 23 vor der Bildebene 24 ein -Graufilter 27 angeordnet, dessen Absorptionsfaktor dem Durchlässigkeitsfaktor des halbdurchlässigen Spiegels 22 entspricht.FIG. 3 shows a further variant of the device shown in FIG. In this variant, the rows of photodiodes 11 and 12 are as in the one in FIG The device shown is arranged in image planes 21 and 5, respectively. Additionally branches however, from the tube 3 a further side tube 25, at the end of which a third for Gegenstaiidsplane 1 conjugate image plane 24 is arranged. In this picture plane 24 a third photodiode line 25 is arranged, which in relation to the to cover Brought Bildebanen 21 and 24 is aligned parallel to the photodiode line 11. For the further beam splitting of the light 10 reflected from the semiconductor wafer 2 is another in the intersection of the axes of the tube 3 and the side tube 23 semitransparent mirror 26 arranged. So that the semiconductor wafer 2 with the same Illumination intensity mapped into image planes 5 21 and 24 will, A gray filter 27 is arranged in the side tube 23 in front of the image plane 24 Absorption factor corresponds to the transmittance factor of the semitransparent mirror 22.

Die Ermittlung der Lageabweichungen des Halbleiterplättchens 2 über Videosignale 14, 15 und 18 erfolgt wieder wie bei der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung.The determination of the positional deviations of the semiconductor wafer 2 via Video signals 14, 15 and 18 take place again as in the device shown in FIG.

Figur 4 zeigt in Form eines Blockschaltbildes den Datenfluß innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Zur Messung der Lageabweichungen eines Halbleiterplättchens 52 wird dieses vergrößert auf zwei Photodiodenzeilen 30 und 31 abgebildet, die parallel zur y Achze bzw. zur x-Achse eines x, y- Koordinatensystems ausgerichtet sind. Da die Außenkanten des Halbleiterplättchens als Bruchlinien für-die Messung nicht geeignet sind, wird als Kontrastlinie ein auf dem Halbleiterplättchen vorhandener Übergang von Silizium zu Aluminium gewählt, der in der Abbildung des Halbleiterplättchens mit 32 bezeichnet ist.FIG. 4 shows the data flow within in the form of a block diagram the device according to the invention. For measuring the positional deviations of a semiconductor wafer 52 this is shown enlarged on two rows of photodiodes 30 and 31, which are parallel are aligned to the y axis or to the x axis of an x, y coordinate system. There the outer edges of the semiconductor wafer are not suitable as break lines for the measurement a transition that is present on the semiconductor wafer is used as a contrast line Chosen from silicon to aluminum, the one in the illustration of the semiconductor wafer is designated by 32.

Die handelsüblichen Photodiodenzeilen 30 und 31 bestehen Jeweils aus einer Anzahl von z.B. 128 integrierten Silizivm-Photodioden, wobei die einzelnen Photodioden in einem Rastermaß von z.B. 100/um angeordnet sind. Zur Ansteuerung der einzelnen Photodioden sind die Photodiodenzeilen 30 und 31 als monolithische Bausteine ausgebildet, die in der Zeichnung nicht dargestellte 128-Bit-Schieberegister enthalten. Die einzelnen Photodioden der Photodiodenzeilen 30 und 31 benötigen einen Auflade- und Abtastimpuls und einen Dateneingangsimpuls, der nach 128 Aufladeimpulsen auf das Schieberegister gegeben wird. Hierzu dienen Taktgeneratoren 33 bzw.The commercially available photodiode lines 30 and 31 each consist of a number of e.g. 128 integrated silicon photodiodes, the individual Photodiodes are arranged in a pitch of e.g. 100 / µm. For control of the individual photodiodes, the photodiode rows 30 and 31 are monolithic Modules formed, the 128-bit shift register, not shown in the drawing contain. The individual photodiodes of the photodiode rows 30 and 31 require one Charge and scan pulses and a data input pulse that occurs after 128 charge pulses is given to the shift register. Clock generators 33 or

34 mit einer Taktfrequenz von beispielsweise 200 kHz, deren Impulse auf -die Diodenzeilen 30 bzw. 31 gegeben werden. Von den Photodiodenzeilen 30 und 31 ausgehende Videosignale werden, wie es durch die Pfeile 35 und 36 angedeutet ist, jeweils einer Erkennungslogik 37 bzw. 38 zugeführt. Die Videosignale 35 und 36 bestehen aus einer Aneinanderreihung der von den einzelnen Photodioden der Photodiodenzeilen 30 und 31 abgegriffenen analogen Spannungen. In der Erkennungslogik 37 werden die analogen Spannungen der Photodiodenzeile 30 mit Hilfe eines Schwellwertschalters einem einstellbaren Spannungspegel zugeordnet. Sobald dieser Spannungspegel bei Erreichen der Kontrastlinie 32 überschritten wird, wird über ein Stoppsignal 39 ein vom Taktgenerator 33 angesteuerter Zähler 40 stillgesetzt. Das vom Zähler 40 ausgegebene digitale Signal 41 stellt ein Maß für die Lage der Kontrastkante 32 in y-Richtung dar. In gleicher Weise wird in der Erkennungslogik 38 bei Erreichen der Kontrastlinie 32 über einen entsprechenden Schwellwertschalter ein Stoppsignal 42 ausgelöst, das einen vom aktgenerator 34 angesteuerten Zähler 43 stillsetzt. Das vom Zähler 43 ausgegebene digitale Signal 44 stellt ein Maß für die Lage der Kontrastlinie 32 in x-Richtung dar. Die digitalen Signale 41 und 44 werden über Digital-Analog-Wandler 45 bzw. 46 in analoge Spannungen umgewandelt, die mit Uys bzw.34 with a clock frequency of 200 kHz, for example, whose pulses -the diode rows 30 and 31 are given. Of the photodiode rows 30 and 31 outgoing video signals are, as indicated by the arrows 35 and 36 is fed to a detection logic 37 and 38, respectively. The video signals 35 and 36 consist of a series of the from the individual photodiodes of the Photodiode lines 30 and 31 tapped analog voltages. In the recognition logic 37 the analog voltages of the photodiode line 30 are set with the aid of a threshold switch assigned to an adjustable voltage level. As soon as this voltage level is at When the contrast line 32 is exceeded, a stop signal 39 a counter 40 controlled by the clock generator 33 is stopped. That from the counter 40 The digital signal 41 output represents a measure of the position of the contrasting edge 32 in the y-direction. In the same way, in the detection logic 38 when the contrast line 32 a stop signal via a corresponding threshold switch 42 triggered, which shuts down a counter 43 controlled by the act generator 34. The digital signal 44 output by the counter 43 is a measure of the position of the Contrast line 32 in the x direction. The digital signals 41 and 44 are via Digital-to-analog converter 45 or 46 converted into analog voltages with Uys respectively.

Uxs bezeichnet sind. Mit Hilfe dieser analogen Spannungen Uys und Uxs erfolgt die Steuerung eines Koordinatentisches 47, so daß das auf ihm- angeordnete Haibleiterplättchen 48 die vorgegebene Sollposition einnimmt. Hierzu ist der Koordinatentisch 47 in y-Richtung und in x-Richtung mit Wegaufnehmern 49 bzw. 50 gekoppelt, welche ihrer Lage proportionale Spannungen UYW bzw. Uxw abgeben. Der Koordinatentisch 47 wird dann in y-Richtung und in x-Richtungr so verfahren, bis Uyaz = Uys und Uxw = Uxs ist und über Soll/Istwert-Vergleieher 53 und 54 Stopp-Signale 55 bzw. 56 für die Stellmotoren 51 bzw. 52 ausgelöst werden. Nach Auslösung der Stopp-Signale 55 und 56 nimmt das Halbleiterplättchen 48 die über seine Kontrastlinien 32 ermittelte Sollposition ein.Uxs are designated. With the help of these analog voltages Uys and Uxs is the control of a coordinate table 47, so that the arranged on it Semiconductor plate 48 assumes the predetermined target position. The coordinate table is used for this 47 coupled in the y-direction and in the x-direction with displacement transducers 49 and 50, respectively, which Output voltages UYW or Uxw proportional to their position. The coordinate table 47 is then traversed in the y-direction and in the x-direction until Uyaz = Uys and Uxw = Uxs is and via set / actual value comparators 53 and 54 stop signals 55 and 56 for the servomotors 51 and 52 are triggered. After triggering the stop signals 55 and 56, the semiconductor wafer 48 takes the one determined via its contrast lines 32 Target position.

Figur 5 zeigt ein Spannungsdiagramm der in Figur 4 in x-Richtung angeordneten Photodiodenzeile (Position 31). Auf der Abszisse sind in steigender Folge die einzelnen Photodioden der Photodiodenzeile und auf der Ordinate die von den einzelnen Photodioden abgegebenen Spannungen Uxs aufgetragen.FIG. 5 shows a voltage diagram of the one arranged in the x-direction in FIG. 4 Line of photodiodes (position 31). On the abscissa are the individual in increasing order Photodiodes of the photodiode line and on the ordinate that of the Voltages Uxs emitted by the individual photodiodes are applied.

Die parallel zur Abszisse verlaufende strichpunktierte Linie gibt den einstellbaren Spannungspegel Up eines Schwellwertschalters an. Wird die von den einzelnen Photodioden der Photodiodenzeile abgegebene Spannung Uxs in Abfragerichtung Ax mit dem eingestellten Spannungspegel Up verglichen, so gibt nx1 die Nummer derjenigen Photodiode an, auf welche die Kontrastlinie (Figur 4 Position 32) zwischen Silizium und Aluminium abgebildet ist. Ist mit nxO diejenige Photodiode bezeichnet, welcher die Kontrastlinie zugeordnet ist, wenn das Halbleiterplättchen seine vorgegebene Sollposition einnimmt, so beträgt die in x-Richtung gemessene Lageabweichung Lx = (nx1 - nxO) . R, wobe »i das Rastermaß der Photodiodenzeile bezeichnet ist.The dash-dotted line running parallel to the abscissa gives the adjustable voltage level Up of a threshold switch. Will the the voltage Uxs output by the individual photodiodes of the photodiode row in the interrogation direction Ax compared with the set voltage level Up, then nx1 gives the number of those Photodiode on which the contrast line (Figure 4 position 32) between silicon and aluminum is shown. Is the photodiode designated with nxO, which the contrast line is assigned when the die is its default Assumes the target position, the positional deviation measured in the x-direction is Lx = (nx1 - nxO). R, where »i is the pitch of the photodiode line.

Figur 6 zeigt in entsprechender Weise ein Spannungsdiagramm der in Figur 4 in y-Richtung angeordneten Photodiodenzeile (Position 32). Die einzelnen mit y bezeichneten Größen entsprechen den vorstehend genannten mit x.bezeichneten Größen.In a corresponding manner, FIG. 6 shows a voltage diagram of the FIG FIG. 4 a line of photodiodes arranged in the y-direction (position 32). The single ones Variables marked with y correspond to the above-mentioned quantities marked with x Sizes.

Die in y-Richtlmg gemessene Lageabweichung beträgt Ly = (nya - nyO) . R. Bei dem dargestellten Verlauf des Spannungsdiagramms tritt in y-Richtung keine Lageabweichung auf, d.h. Ly = In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung wurden geradlinie Photodiodenzeilen angegeben. Die Verwendung von Bausteinen mit beliebig ausgebildeten bzw.The positional deviation measured in y-direction is Ly = (nya - nyO) . R. In the course of the stress diagram shown, none occurs in the y-direction Positional deviation, i.e. Ly = In the exemplary embodiments described above According to the invention, straight lines of photodiodes were specified. The usage of Modules with arbitrarily designed resp.

angeordneten Photodiodenzeilen ist jedoch ebenfalls möglich.arranged rows of photodiodes is also possible.

So können beispielsweise in einem Baustein zwei in L-Form angeordnete Photodiodenzeilen mit einem gemeinsamen Ausgang vorgesehen sein. Die Verwendung kreisförmiger Photodiodenzeilen kann für bestimmte Son<ierfälle,wie die Messung von Verdrehungswinkeln,von Vorteil sein.For example, two L-shaped blocks can be placed in one block Rows of photodiodes may be provided with a common output. The usage circular photodiode lines can be used for certain special cases, such as measurement of twist angles, can be an advantage.

10 Patentansprüche 6 Figuren10 claims 6 figures

Claims

patent claims 1. Device for measuring positional deviations of a object arranged in one plane, in particular a semiconductor wafer in relation to a set position specified in the object plane g e k e nn z e i c h -n e t through imaging optics (3, 4) for real imaging of the object (2) or a part of the object (2) in at least one plane to the object (1) conjugate image plane (5), at least two? Hotodiode lines Cii, 12), which in the image plane (5) or the image planes (5, 21) are arranged such that they are in Relation to the image plane (5) or the coincident image planes (5, 21) are not aligned parallel to each other and by one on the photodiode rows (11, 12) connected evaluation logic (13).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that g e k e n n -s e 5 c h n e t that two rows of photodiodes (11, 12) are aligned perpendicular to one another.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that g e k e n n z e i c h n e t that three rows of photodiodes (11, 12, 25) are provided and two of these Lines of photodiodes are aligned parallel to one another.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that g It is noted that two image planes (5, 21) are provided and in each Bildebone (5, 21) at least one photodiodon line (11, 12) arranged

5. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that three 13i # levels (5, 21, 24) are provided and in each image plane (, 21, 24) a line of photodiodes (12 or 11 or 25) is arranged.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that g It is not noted that the imaging optics (3, 4) are a magnifying lens (4) owns.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that g It is noted that the imaging optics (3, 4) have a vertical illuminator (7, 8) for incident light illumination of the object (2).

8. Device according to one of the preceding claims, - characterized it is noted that the row of photodiodes (11, 12, 25) is displaceable are arranged.

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that g e k e n n n z e i c h n e t that in the evaluation logic (13) the photodiode lines (11, 12, 25) Threshold value switch with adjustable voltage level (Up) assigned are.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that g It is not shown that the evaluation logic (13) digital-to-analog converter (45, 46) are connected downstream, which show the measured position deviations as an analog voltage ys or Uxs).